V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
От воды исходит свет
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Однажды папа меня спросил: А знаешь ли ты что такое «Пороги»? Я думал, что это, деревянный брус на полу под дверью. Я ответил верно, но папа почему-то решил рассказать мне о нашем крае и о памятнике, который создали люди.
Оказалось, что «Пороги» это еще и старинная гидроэлектростанция в Челябинской области, которая является мировым памятником Юнеско и была построена в начале 20 века немцами. Гидроэлектростанция работает до сих пор и осталась практически без изменений с того времени.
Однажды мы проезжали мимо поселка Сулея, недалеко от которого находится ГЭС «Пороги». Папа решил заехать и показать мне ее. Гидроэлектростанция меня очень впечатлила и я решил выбрать и изучить тему для своей работы: Что такое «Пороги». Передо мной стояло 3 цели:
1. Изучить процесс работы гидроэлектростанции
2. Узнать интересные факты об электростанции
3. Создать свой макет ГЭС и показать: как в дома приходит свет.
4. Создать буклет в помощь моим сверстникам, которые захотят создать подобный макет
Что же такое электростанция?
Оказалось, что люди давно научились использовать энергию движущейся воды. Если до половины погрузить в реку колесо с лопастями на ободе, то оно начнет вращаться, потому что вода будет увлекать за собой нижние лопасти колеса. Примерно так работали (и кое-где работают до сих пор) водяные мельницы. Водяное колесо в них насажено на вал жернова. Вращает вода колесо — вращается и жернов, мелет зерно.
Но вот сто с лишним лет назад появился более совершенный водяной двигатель — гидравлическая турбина (сокращенно — гидротурбина). Появились генераторы, превращающие механическую работу в электрическую энергию. И к концу XIX в. началось сооружение гидроэлектрических станций — ГЭС.
Прямо в русле реки, даже с быстрым течением, ставить большие турбины нельзя: у реки не хватает силы проворачивать тяжелую турбину. Другое дело на водопадах: там вода стремительно летит вниз, у нее большой напор.
Но водопадов не так много, да и не очень удобно ставить возле них турбины. Поэтому придуманы искусственные водяные «ступеньки» — плотины. Напор создается разностью уровней воды. Поэтому говорят, что водяное колесо вращается под напором в столько-то метров.
Если перегородить реку прочной плотиной, а в теле плотины оставить только небольшое отверстие, то вся вода, что есть в реке, должна будет протекать через это отверстие. Значит, перед плотиной река поднимется и разольется, а за плотиной останется на прежнем уровне. Появится разница уровней, возникнет напор воды.
Поставим у отверстия плотины гидротурбину — и она начнет вращаться, используя напор воды. Соединим турбину с генератором— его ротор тоже придет в движение, в обмотке статора появится ток.
Заметьте: напор перед плотиной сохраняется круглый год, потому что вода запасается в водохранилище, искусственном море, и стекает равномерно, хотя зимой и летом река несет меньше воды, а осенью и весной — больше.
Впрочем, есть и гидроэлектростанции без плотин. Например, на горных реках плотины получаются очень высокими и дорогими. В этих случаях воду из реки подводят к электростанциям каналом или тоннелем, называемыми деривационными. В конце деривационного отвода строят здание ГЭС и соединяют трубами канал и гидроэлектростанцию. Теперь часть воды идет по своему руслу, а часть совершает такой маршрут: канал — трубы — турбины ГЭС — русло. Конечно, все это самотеком, потому что канал начинается гораздо выше ГЭС, а впадает обратно в реку ниже».
История создания ГЭС «Пороги».
Гидроэлектростанция Пороги (плотина Пороги), построенная немцами, представляет собой практически без изменений сохранившийся заводской комплекс начала XX века. Электрометаллургический завод и ГЭС «Пороги» на реке Большая Сатка стал первым производить феррохром, а дальше и ферросицилий.Гидро-станция исправно снабжает поселок Пороги и близлежащие поселки электроэнергией и по сей день.
Строительство первого в России электрометаллургическо-го предприятия началось в 1908 году после образования Уральского электрометаллургического товарищества графа А. А. Мордвинова, графини Е.А. Мордвиновой, барона Ф.Т. Роппа и А.Ф. Шуппе. Поселок Пороги получил свое название по каменным порогам, бурным сливам и водопадам реки Большая Сатка.
До сооружения плотины на этом участке реки было два порога с водопадами, каждый высотой до четырех метров. Вода неистово кипела, бурлила, пенилась, скатывалась, будто в огромный котел или яму. На бурных сливах переворачивались лодки и плоты, гибли люди.
Место это считалось нехорошим, нечистым, дьявольским, называемым «Чертовой ямой». Теперь пороги и водопады остались на дне Порожского пруда.Строительство завода именно на реке Большая Сатка было обусловлено наличием крупных залежей кварцитов на Чулковом хребте, большими массивами лесов для выжига древесного угля, употреблявшегося в шихту для электропечей, и удобным местом для строительства плотины - узким скальным створом реки.
Проектирование плотины и заводского комплекса выполнил профессор Борис Бахметьев. Электростанция была оборудована двумя водяными системами «Френсис» швейцарского изготовления мощностью 800 лошадиных сил на одном валу с генератором для питания электропечей и 50 лошадиных сил на одном валу с динамо - машиной для освещения завода и рабочего поселка. У обеих машин имелись масляные регуляторы.
1 июля 1910 электрометаллургический завод "Пороги" был пущен в эксплуатацию. 12 июля 1910 получена первая опытная партия ферросилиция, а 24 августа этого же года была выпущена первая опытная плавка феррохрома весом 954 кг. Сообщение завода с железнодорожной станцией Бердяуш Самаро-Златоустовской дороги осуществлял гужевой транспорт, а с 1935г. - автомобильный.
Рядом с ГЭС построили плавильный цех в составе четырех электропечей системы «Теру», работающих попарно. Здесь же выстроили шихтарник с дробилкой «Блека», электродную кузницу, склады, конюшню и другие вспомогательные помещения. Для размещения рабочих и служащих были построены бараки и несколько десятков двухквартирных деревянных одноэтажных домов. Всего на заводе трудились около 200 рабочих и служащих. За годы сложились целые рабочие династии. Некоторые из них отдали заводу по сорок и более лет.
Маленький заводик был единственным своего рода в России: он давал в год до 500 тонн сплавов. Сейчас это маленький вес, но тогда каждый пуд ферросилиция вывозили из-за границы и платили за него золотом.
Плотина Пороги - на сегодняшний день единственное в мировой практике гидротехническое сооружение, возведённое путём кладки из дикого камня (песчаника). Кладка представляет собой крупные обработанные камни и плиты, связкой между которыми служит глина и цемент. Плотина имеет форму дуги. Её высота - 21 м, длина по гребню - 125 м. Ширина по подошве - 12,5 м, по гребню - 4,2 м. Рядом с плотиной реку пересёк мост, выложенный из бетонных плит на сварных металлических опорах.
Плотина Пороги интересна для посещения в любое время года. Если зимой она представляет собой замерзшую безжизненную фигуру, то летом особенно в период интенсивных дождей и паводков, она превращается в мощный ревущий поток.
7 самых грандиозных ГЭС в мире.
30 сентября 1882 года в США на реке Фокс начала работу первая в мире гидроэлектростанция. Сейчас ГЭС вырабатывают около 70% всей потребляемой людьми энергии, а некоторые грандиозные современные электростанции видны даже из космоса.
Три ущелья, Китай
Эта электростанция является самой большой в мире. Для своей работы она использует энергию воды великой китайской реки Янцзы. Строительство станции началось в 1992 году, эта великая стройка продолжила коммунистические традиции грандиозных строек, подтверждая правильность пути народа и руководства Китая. Сегодня эта электростанция – предмет большой гордости китайского правительства. Высота возведенной плотины составляет 185 метров, а площадь полученного водохранилища – около тысячи квадратных километров. При строительстве под водой оказались два города, отселено было 1 миллион 200 тысяч человек.
Итайпу, Бразилия
Вторая по мощности в мире электростанция стоит на реке Парана. Строительство электростанции оказалось очень непростым делом, людям пришлось даже вырубать в скалах проход для воды длиной 150 метров. Но все прошло удачно, и сейчас Итайпу производит около 16% всей потребляемой в Бразилии электроэнергии.
Гури, или станция имени Симона Боливара, Венесуэла
Для снятия с работников электростанции психологи-ческого напряжения и груза высочайшей ответственности перед народом стены одного из главных машинных залов расписаны известным латиноамериканским художником Карлосом Круз-Диезом.
Тукуруи, Бразилия
Станция очень красива и известна в Бразилии, она даже мелькала в фильме «Изумрудный лес», снятом в 1985 году.
Гранд-Кули, Северная Америка
Вода из водохранилища электростанции не пропадает зря – ее используют для орошения земель, всего этой водой с успехом орошается около 2000 квадратных километров земли.
Саяно-Шушенская ГЭС, Россия
Эта электростанция на реке Енисей – самая крупная и мощная в России. При строительстве Саяно-Шушенской использовано такое количество бетона, что наверняка хватило бы на дорогу от Санкт-Петербурга до Владивостока!
Красноярская ГЭС, Россия
Еще одна электростанция на Енисее расположена в двадцати трех километрах от Красноярска. Временно, после аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, она является первой по мощности в России. Значительную часть электроэнергии станции забирает для нужд производства алюминиевый завод в Красноярске. Красноярская ГЭС часто и заслуженно повергается критике за то, что из-за ошибок и просчетов при ее проектировке и строительстве, она сильно изменила климатические условия и экологию региона. Кроме того, при строительстве были затоплены ценные в историческом и сельскохозяйственном плане земли, 132 населенных пункта, переселено около 60 тысяч человек. Но по рентабельности она – одна из самых эффективных ГЭС в России.
Несколько любопытных фактов об электрической энергии, которые полезно знать всем. Электроэнергия сегодня является неотъемлемой частью жизни общества. В то время, как большинство людей в развитых странах обеспокоены тем, как сэкономить деньги на счетах за электричество, многие развивающиеся страны работают над тем, как производить достаточное для граждан страны количество энергии.Принес пользу - унес ноги В Бразилии есть тюрьмы, в которых заключенным позволяют крутить педали велотренажеров, вырабатывая энергию для окрестных деревень. За это им предлагают сокращение срока тюремного заключения. 2. Чайная пауза в Великобритании Электростанция Dinorwig в Великобритании служит одной единственной цели - обеспечивать дополнительную мощность во время перерывов на рекламу в фильмах, когда все в стране включают свои электрочайники, чтобы приготовить чай.3.Книга - знание, знание -сила, сила знания - ток в деревне Уильям Камквамба - подросток из Малави, который прочитал в библиотечной книге, как построить ветряную мельницу. Затем он сделал ветряк и обеспечил свою деревню электроэнергией. 4. "Батарейки мира" хватило бы лишь на 10 минут работы Если взять все аккумуляторы на Земле, то они вместе смогут удовлетворить мировую потребность в энергии в течение всего 10 минут 5. Термит –биореактор Министерство энергетики США рассматривает возможность использования термитов в качестве возобновляемого источника энергии. Они производят почти 2 литра водорода, просто съедая кусок бумаги. Можно сказать, что эти насекомые — один из наиболее эффективныхбиореакторов на Земле! 6. Солнце, пустыня и человечество. Всего за 6 часов пустыни Земли поглощают больше энергии Солнца, чем все человечество использует на протяжении года. Макет гидроэлектростанции из бумаги Макет гидроэлектростанции мы сделали из бумаги и картона. Все детали можно распечатать на компьютере или начертить самим. Для этого мы с родителями сделали пособие по созданию такого же макета. (приложение) Для работы понадобятся: бумага, карандаш, ножницы, клей ПВА, линейка. Все вырезанные детали склеиваются между собой согласно инструкции (см. приложение) Заключение Моя работа получилась очень интересна для меня: - Я узнал как работает гидроэлектростанция, узнал сам процесс ее работы, механизм. - Узнал много интересных фактов о ГЭС - Создал свою собственную ГЭС из бумаги и увидел, как на самом деле она выглядит изнутри, как попадает свет в наши дома и квартиры. - Могу научить своих одноклассников делать свою гидроэлектростанцию по созданному мною макету. Список литературы:
- Гидроэлектростанции. Ильиных И.И.. 1988г.
- Строительство гидроэлектростанций в России. Ерахтин Б.М. Ерахтин В.М.
- Основы проектирования мини ГЭС. Коллективный автор. Б.г.
- Плотина Саяно-Шушенской ГЭС. Тетельмин В.В.
- Хочу все знать. Ермакович Д.И.
- Интернет-источники: http://greenevolution.ru/enc/wiki/gidroelektrostanciya-ges/
http://www.studfiles.ru/preview/5809803/ http://www.chel.kp.ru/daily/25972/2908539/